劉忠平，亢敏，韓亞國(guó)，趙文慶

(中航飛機(jī)股份有限公司西安制動(dòng)分公司，陜西西安 710075)

飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車(chē)系統(tǒng)是飛機(jī)起落架系統(tǒng)的重要組成部分，是飛機(jī)起降安全的重要保障。現(xiàn)代飛機(jī)飛行速度快、承載重，剎車(chē)速度高，對(duì)機(jī)輪剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)效率提出了更高要求。飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)可靠性、安全性與飛機(jī)安全息息相關(guān)。文中從電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)、伺服閥組成和工作原理出發(fā)，研究剎車(chē)系統(tǒng)工作油液清潔度與伺服閥工作可靠性之間的關(guān)系，從飛機(jī)液壓剎車(chē)系統(tǒng)、液壓附件、剎車(chē)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)、工藝、使用維護(hù)方面提出飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)污染控制方法。

1 現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

飛機(jī)液壓剎車(chē)系統(tǒng)由剎車(chē)指令傳感器、機(jī)輪速度傳感器、數(shù)字電傳防滑剎車(chē)控制盒、電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)等組成。圖1為基于MarkⅤ型剎車(chē)系統(tǒng)的典型數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)原理框圖。

剎車(chē)指令傳感器是一種基于差動(dòng)變壓器原理的磁電傳感器，在剎車(chē)過(guò)程中采集腳蹬行程，輸出與腳蹬行程大小成正比的電壓信號(hào)。機(jī)輪速度傳感器是一種基于磁電感應(yīng)原理的磁電傳感器，剎車(chē)過(guò)程中監(jiān)控機(jī)輪速度，輸出與機(jī)輪速度大小成正比的頻率信號(hào)。數(shù)字電傳防滑剎車(chē)控制盒以大規(guī)模集成電路DSP為核心，剎車(chē)指令傳感器信號(hào)、機(jī)輪速度傳感器信號(hào)和飛機(jī)狀態(tài)信號(hào)輸入數(shù)字電傳防滑剎車(chē)控制盒，控制盒中以DSP為核心的計(jì)算機(jī)通過(guò)復(fù)雜的模型計(jì)算，輸出液壓鎖控制信號(hào)、伺服閥控制電流信號(hào)和剎車(chē)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控信號(hào)。

圖1 典型數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)

電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)接收控制盒液壓鎖控制信號(hào)和伺服閥驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電－液信號(hào)轉(zhuǎn)換和功率放大，按照電液壓力伺服閥預(yù)置的壓力－電流曲線(xiàn)和控制器要求調(diào)整機(jī)輪剎車(chē)壓力，完成飛機(jī)安全、可靠剎車(chē)。

2 電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)組成及工作原理

電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)是電液技術(shù)的結(jié)合體，其中液壓鎖為液壓開(kāi)關(guān)。

2.1 噴嘴擋板式壓力伺服閥組成及原理

圖2為噴嘴擋板式壓力伺服閥的原理圖。它主要由力矩馬達(dá)、噴嘴擋板式液壓放大器、滑閥式功率級(jí)及反饋桿組件組成。

圖2 噴嘴擋板式壓力伺服閥的原理圖

控制電流信號(hào)輸入力矩馬達(dá)線(xiàn)圈時(shí)在銜鐵兩端產(chǎn)生磁場(chǎng)力，這個(gè)磁場(chǎng)力使銜鐵擋板組件偏轉(zhuǎn)。擋板偏轉(zhuǎn)將一側(cè)噴嘴擋板可變節(jié)流口減小，液流阻力增大，噴嘴的背壓升高;另一側(cè)的可變節(jié)流口增大，液流阻力減小，噴嘴的背壓降低。得到與擋板位置變化相對(duì)應(yīng)的噴嘴背壓，此背壓加到與噴嘴腔相通的閥芯端部，推動(dòng)閥芯移動(dòng)。閥芯推動(dòng)反饋桿端部小球，產(chǎn)生反饋力矩作用在銜鐵擋板組件上。當(dāng)反饋力矩與電磁力矩相等時(shí)，反饋桿力矩等于輸入電流產(chǎn)生的電磁力矩，銜鐵擋板組件被逐漸移到對(duì)中位置，閥芯就停于該位置。閥芯位置與輸入控制電流大小呈正比。當(dāng)供油壓力和負(fù)載一定時(shí)輸出壓力與閥芯位置 (控制電流)呈正比。

2.2 射流管式伺服閥組成及工作原理

圖3為射流管式伺服閥的原理圖。力矩馬達(dá)采用永磁結(jié)構(gòu)，彈簧管支承著銜鐵射流管組件，使馬達(dá)和液壓部分分開(kāi)，前置級(jí)為射流放大器，它由射流管與接收器組成。

控制電流信號(hào)輸入力矩馬達(dá)線(xiàn)圈在銜鐵兩端產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，控制磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)相互作用，在銜鐵上產(chǎn)生力矩，使銜鐵、彈簧管、噴嘴組件偏轉(zhuǎn)一個(gè)正比于力矩的小角度。經(jīng)噴嘴高速射流的偏轉(zhuǎn)，使得接收器一腔壓力升高，另一腔壓力降低，使連接接收器兩腔的閥芯兩端形成壓差，閥芯移動(dòng)到反饋組件力矩與馬達(dá)組件力矩平衡，噴嘴又回到兩接收器中間位置。當(dāng)供油壓力和負(fù)載一定時(shí)，輸出壓力與閥芯位置(控制電流)成正比。

圖3 射流管式伺服閥的原理圖

2.3 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)壓力伺服閥設(shè)計(jì)要求

從電液壓力伺服閥組成及工作原理可得出，電液壓力伺服閥抗工作液污染能力由閥體內(nèi)最小尺寸決定，要使電液伺服閥輸出壓力與控制電流呈線(xiàn)性關(guān)系，伺服閥力矩馬達(dá)必須設(shè)計(jì)較小的節(jié)流孔孔徑和較小的噴嘴－擋板間隙。圖4給出了射流管式伺服閥和噴嘴擋板式伺服閥力矩馬達(dá)內(nèi)部的實(shí)際尺寸，伺服閥抗油液污染能力一般由閥體內(nèi)最小尺寸決定，對(duì)于先導(dǎo)級(jí)型的伺服閥，其先導(dǎo)部分油路的最小尺寸成為決定性因素。

圖4 射流管式伺服閥和噴嘴擋板式伺服閥力矩馬達(dá)內(nèi)部的實(shí)際尺寸

射流管式伺服閥最小尺寸在液壓放大器噴嘴處，尺寸在0.2～0.4 mm之間;噴嘴擋板式伺服閥最小尺寸是噴嘴與擋板之間的間隙，尺寸在0.03～0.05 mm之間。射流管式伺服閥最小尺寸是噴嘴擋板式伺服閥最小尺寸的5～10倍，理論分析射流管式伺服閥比噴嘴擋板式伺服閥的抗污染能力高一個(gè)數(shù)量級(jí)，能避免污染顆粒在小尺寸處聚集，防止伺服閥堵塞、卡死，使伺服閥對(duì)剎車(chē)系統(tǒng)油液要求大幅降低。

某公司通過(guò)調(diào)整伺服閥技術(shù)指標(biāo)和剎車(chē)系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)方法，改進(jìn)噴嘴擋板式伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大內(nèi)部節(jié)流孔或間隙尺寸，提高伺服閥抗污染能力，通過(guò)改變伺服閥工作原理進(jìn)一步提高剎車(chē)系統(tǒng)可靠性和安全性。

3 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)污染度控制要求

飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)污染度控制包括液壓附件污染度控制、剎車(chē)裝置污染度控制、液壓管路污染度控制和使用維護(hù)中污染度控制等內(nèi)容，只有這幾個(gè)方面共同控制，才能保證飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)正常、可靠地工作。

3.1 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)液壓附件污染度控制要求

為防止剎車(chē)系統(tǒng)液壓附件污染飛機(jī)液壓系統(tǒng)，要求剎車(chē)系統(tǒng)液壓附件包括梭形活門(mén)、電液壓力伺服閥、減壓剎車(chē)活門(mén)等在裝配、試驗(yàn)、出廠交付和裝機(jī)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制油液污染度，剎車(chē)附件產(chǎn)品灌封的油液必須通過(guò)污染度控制，保證油液污染度水平優(yōu)于GJB420B 6級(jí)。

3.2 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)裝置污染度控制要求

剎車(chē)裝置是剎車(chē)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，剎車(chē)裝置的氣缸座部分污染度控制水平應(yīng)優(yōu)于GJB420B 6級(jí)。

使用實(shí)踐證明:長(zhǎng)期服役的剎車(chē)系統(tǒng)中伺服閥力矩馬達(dá)噴嘴擋板處存有大量油液高溫化學(xué)變化的堆積物，能夠堵塞伺服閥力矩馬達(dá)的截流孔和噴嘴擋板間的間隙，造成伺服閥輸出壓力－電流曲線(xiàn)變化，使剎車(chē)系統(tǒng)最大剎車(chē)壓力降低、剎車(chē)系統(tǒng)留有余壓，甚至造成剎車(chē)系統(tǒng)功能喪失。

GJB1184A《航空機(jī)輪和剎車(chē)裝置通用規(guī)范》要求剎車(chē)機(jī)輪設(shè)計(jì)中除中止起飛外，飛機(jī)剎車(chē)后活塞腔內(nèi)的液壓油和密封圈的溫度不大于150℃。剎車(chē)裝置設(shè)計(jì)中通過(guò)機(jī)輪熱庫(kù)重量設(shè)計(jì)，通過(guò)應(yīng)用熱防護(hù)技術(shù)、冷卻技術(shù)控制相關(guān)部位溫度，使油液和機(jī)輪氣缸座的非金屬零件使用溫度不超過(guò)其使用邊界，使剎車(chē)機(jī)輪氣缸座內(nèi)的部件和油液盡可能少地發(fā)生化學(xué)變化和物理變化。

剎車(chē)裝置在裝配、試驗(yàn)、出廠交付過(guò)程中使用的機(jī)輪剎車(chē)裝置試驗(yàn)臺(tái)必須進(jìn)行油液污染度控制，保證產(chǎn)品潔凈。若機(jī)輪剎車(chē)裝置試驗(yàn)臺(tái)油液污染度無(wú)法控制，剎車(chē)裝置交付前通過(guò)油液過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，保證機(jī)輪剎車(chē)裝置污染度控制水平優(yōu)于GJB420B 6級(jí)。同時(shí)剎車(chē)裝置灌封油液必須通過(guò)污染度控制，保證油液污染度水平優(yōu)于GJB420B 6級(jí)。

3.3 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)液壓管路污染度控制要求

GJB2879A《飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車(chē)控制系統(tǒng)通用規(guī)范》要求飛機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)過(guò)濾器，且電液壓力伺服閥進(jìn)油口上游過(guò)濾器的絕對(duì)過(guò)濾度必須優(yōu)于電液壓力伺服閥自含過(guò)濾器的絕對(duì)過(guò)濾度。飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)“進(jìn)油通道”指液壓系統(tǒng)進(jìn)油口到伺服閥進(jìn)油口之間、液壓系統(tǒng)進(jìn)油口到減壓閥進(jìn)油口之間?！斑M(jìn)油通道”入口一般選用絕對(duì)過(guò)濾精度為5～10 μm專(zhuān)用過(guò)濾器，使進(jìn)入伺服閥的油液能滿(mǎn)足飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)安全性和可靠性要求。

飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)“剎車(chē)通道”和“回油通道”不裝過(guò)濾器，因?yàn)檫^(guò)濾器一旦被污染，防滑剎車(chē)系統(tǒng)失效，可能造成飛機(jī)安全事故。

3.4 飛機(jī)數(shù)字電傳防滑剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)使用維護(hù)中污染度控制要求

“剎車(chē)通道”指伺服閥剎車(chē)口或減壓閥剎車(chē)口到剎車(chē)機(jī)輪氣缸座間的部分，安裝在飛機(jī)起落架或機(jī)艙內(nèi);“回油通道”指伺服閥回油口或減壓閥回油口到剎車(chē)機(jī)輪氣缸座間的部分，安裝在飛機(jī)起落架或機(jī)艙內(nèi)。

為了研究飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)機(jī)輪氣缸座內(nèi)污染物與剎車(chē)系統(tǒng)污染之間的關(guān)系，在“鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)臺(tái)”進(jìn)行剎車(chē)系統(tǒng)和剎車(chē)機(jī)輪 (含剎車(chē)裝置)使用狀態(tài)模擬試驗(yàn)，在機(jī)輪氣缸座內(nèi)加入污染標(biāo)志物，隨著剎車(chē)系統(tǒng)工作時(shí)間和工作次數(shù)增加，伺服閥內(nèi)部和伺服閥進(jìn)油口出現(xiàn)了大量氣缸座內(nèi)的污染標(biāo)志物，且剎車(chē)系統(tǒng)工作時(shí)間越長(zhǎng)、工作次數(shù)越多，污染程度越明顯。伺服閥的使用壽命和可靠性與工作液污染度密切相關(guān)，工作液不清潔，輕則縮短伺服閥壽命，重則剎車(chē)系統(tǒng)失效。所以剎車(chē)系統(tǒng)油液污染度控制非常關(guān)鍵。

3.4.1 數(shù)字防滑剎車(chē)系統(tǒng)液壓管路清洗要求

剎車(chē)系統(tǒng)液壓管路清洗過(guò)程嚴(yán)格按照工藝要求:(1)管路預(yù)安裝; (2)管路預(yù)安裝后拆卸、酸洗、磷化; (3)管路組裝后剎車(chē)系統(tǒng)全部液壓附件用工藝閥和沖洗板代替，增加工藝管路，接入換向閥，形成液流回路，保證剎車(chē)系統(tǒng)管路能夠完全清洗;(4)清洗剎車(chē)系統(tǒng)管路時(shí)可外接油液清洗車(chē)。按以上順序?qū)苈非逑春笤侔惭b機(jī)載成品，組成合格的飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)。

3.4.2 數(shù)字防滑剎車(chē)系統(tǒng)液壓管路安裝要求

剎車(chē)系統(tǒng)液壓附件、機(jī)輪剎車(chē)裝置和管路安裝要求:(1)剎車(chē)系統(tǒng)液壓附件安裝的工作環(huán)境應(yīng)保持清潔、安裝面無(wú)污染附著; (2)所有產(chǎn)品管接頭的密封部位嚴(yán)禁使用麻線(xiàn)、膠粘劑、密封帶、螺紋密封膠等物質(zhì)進(jìn)行管路和連接處密封。

3.4.3 數(shù)字防滑剎車(chē)系統(tǒng)油液使用要求

若油箱中注入10%以上新油，用沖洗板代替伺服閥，啟動(dòng)油源，按照油液清洗要求清洗24 h以上更換濾油器，卸下沖洗板，換上伺服閥。一般情況長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的液壓油比較干凈，在實(shí)際工作中盡量減少無(wú)謂的加油次數(shù)，避免系統(tǒng)污染。通過(guò)5～10 μm過(guò)濾器向油箱注入新油，并按加油程序?qū)ο到y(tǒng)污染度進(jìn)行控制。

3.4.4 數(shù)字防滑剎車(chē)系統(tǒng)壽命期內(nèi)污染度控制

數(shù)字防滑剎車(chē)系統(tǒng)壽命期內(nèi)必須對(duì)油液和機(jī)載設(shè)備中的污染物進(jìn)行控制，通過(guò)維護(hù)使剎車(chē)系統(tǒng)油液污染度始終優(yōu)于GJB420B 8級(jí)。

(1)剎車(chē)系統(tǒng)壽命期內(nèi)油液污染控制。打開(kāi)機(jī)輪剎車(chē)裝置氣缸座放氣嘴，剎車(chē)系統(tǒng)通電，輕踩剎車(chē)腳蹬輸出2～3 MPa剎車(chē)壓力，機(jī)輪剎車(chē)裝置氣缸座放油嘴處不斷排出液壓油，一方面排出油液中氣體，另一方面排出氣缸座盲腔中的油污，達(dá)到凈化油液的目的。

(2)剎車(chē)系統(tǒng)油液檢查、污染度控制。在機(jī)輪剎車(chē)裝置放氣嘴處放油、取油，進(jìn)行油液污染度控制。最早某機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)油液檢查控制周期是50個(gè)起落;隨著維護(hù)經(jīng)驗(yàn)積累，油液檢查控制周期放寬到100個(gè)起落;隨著伺服閥產(chǎn)品抗污染措施采用和剎車(chē)系統(tǒng)日常維護(hù)水平的提高，油液檢查控制周期已放寬到200個(gè)起落，既保證飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)正常，又減輕了地勤工作壓力，大幅度提高飛機(jī)出勤率。

4 小結(jié)

從剎車(chē)系統(tǒng)污染綜合治理角度出發(fā)，提出了一些飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)油液污染控制的方法和途徑，避免飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)在使用中由于污染問(wèn)題導(dǎo)致著陸過(guò)程中出現(xiàn)空中帶壓、剎車(chē)失效等現(xiàn)象，真正解決了剎車(chē)系統(tǒng)正常工作中的“污染”問(wèn)題。

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